JP2017002949A - 真空断熱材及びそれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工に強く、かつリサイクル性を向上した真空断熱材を提供する。【解決手段】芯材と、該芯材を収納する外被材と、曲がり部と、を有する真空断熱材であって、芯材は、繊維水溶液から繊維を取り出してから乾燥させる工程を経て得た繊維シートを複数枚積層して有し、芯材を収納する袋状の応力抑制部を設け、曲がり部について曲率が大きい面の側に、別の応力抑制部を有する。【選択図】図４

Description

本発明は真空断熱材及び真空断熱材を適用した機器に関する。

関連する技術として特許文献１が知られている。特許文献１は、内側外被材９に対して第２１構成部材４ａ、第２２構成部材４ｂ、第２３構成部材４ｃが滑りやすくするための外被滑りシート１０を設けている（０００９、図１，２）。また、滑りシート１０は、芯材１と外側外被材８の間（００３８）に設けたり、複数枚設け得ることを開示している（００３９）。

特開２０１０−９６２９３号公報

特許文献１の滑りシートは、芯材間や、芯材と外被材の間などに設けられる。芯材間に設けると、真空断熱材のリサイクル時に、樹脂を主成分とする滑りシートとガラスを主成分とする芯材の分別が困難となったり手間が増加する。芯材と外被材の間に設けると、シート状の滑りシートでは、芯材の圧縮工程や、芯材の曲げ加工の際に位置ずれすることがある。

上記課題に鑑みてなされた本発明は、芯材と、該芯材を収納する外被材と、曲がり部と、を有する真空断熱材であって、前記芯材は、繊維水溶液から繊維を取り出してから乾燥させる工程を経て得た繊維シートを複数枚積層して有し、前記芯材を収納する袋状の応力抑制部を設け、前記曲がり部について曲率が大きい面の側に、別の応力抑制部を有することを特徴とする。

第一実施形態の冷蔵庫の正面図 第一実施形態の冷蔵庫の縦断面図(図１のＡ−Ａ断面図) 第一実施形態の真空断熱材の断面図 第一実施形態の真空断熱材の屈曲部の断面図 第二実施形態の真空断熱材の断面図 冷蔵庫の扉の分解斜視図 冷蔵庫の扉の縦断面図

以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

＜＜第一実施形態＞＞
＜冷蔵庫１＞
図１は本実施形態の冷蔵庫の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。

冷蔵庫１は、上から冷蔵室２、貯氷室３、冷凍室４、野菜室５を有している。各室の前面開口部は、扉６−９で閉塞される。冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間に仕切断熱壁１２を、下段冷凍室４と野菜室５の間に仕切断熱壁１４を配置している。仕切断熱壁１２、１４は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。各貯蔵室の配置や、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９に関しても回転による開閉、引き出しによる開閉及び扉の分割数等は、特に本実施形態の態様に限定されるものではない。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に真空断熱材５０や硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。真空断熱材５０は、後述する固定部材７０、支持部材８０等で固定支持されている。

＜真空断熱材５０＞
［芯材５１］
図３は、真空断熱材５０の断面図である。真空断熱材５０は、芯材５１、芯材５１の外周に設けた袋状の応力抑制部５２、応力抑制部５２の外周に設けた外被材５３を有する。芯材５１は、繊維集合体のグラスウール繊維を有し、芯材５１の中間には吸着剤（不図示）を配している。

芯材５１は、ガラスカレットを溶融炉で溶かしたガラスを延伸法により紡糸したグラスウールの繊維を用いた繊維シートを複数層重ねたものであり、以下のようにして製造できる。まず、グラスウールの繊維を溶液に入れて撹拌した繊維水溶液から、網状の板で均一になるよう繊維を取出したものを乾燥することで繊維シートを得る。次に、繊維シートを一層以上積層したものを熱風乾燥炉で乾燥する。乾燥温度や時間は、たとえば２００℃、５分間にできる。

乾燥後に応力抑制部５２で芯材５１を覆うため、乾燥後の温度が応力抑制部５２の融点以下になるようにするか、乾燥後に応力抑制部５２の融点以下に冷却する必要がある。乾燥後に応力抑制部５２の融点以下に冷却する場合には、冷却時に空気中の水分が吸着しないよう、ドライ雰囲気で冷却するとよい。

乾燥方式についてもこれに限定されるものではなく、熱プレス方式や、無風乾燥炉等で乾燥してもよい。繊維シートの積層枚数は少ない方が乾燥の効率が良く、グラスウール繊維シートの中央層まで乾燥することができる。グラスウール繊維シートを複数層重ねて乾燥する場合には、芯材５１の上部と下部から熱風を通過させて乾燥することが好ましい。

グラスウールの繊維径は細いほど繊維集合体としたときの空間層である空隙率が高くなることから、熱伝導率の観点からは細い方が好ましい。しかし、グラスウールの繊維径が細いと製造時に繊維が折れやすく、折れた繊維は短いため断熱方向に向きやすく断熱面から熱が伝わりやすくなってしまう。そのため、グラスウールの繊維径は１．０〜１０．０μｍ、平均繊維径は３．０〜５．０μｍが好ましい。さらに好ましくは、グラスウールの繊維径は２．０〜８．０μｍ、平均繊維径は３〜４μｍが好ましい。本実施例においては、１．８〜８．８μｍのグラスウール繊維を用い、平均繊維径を４．４μｍとしている。
［応力抑制部５２］
応力抑制部５２は、シート状のフィルムを二枚重ね合わせて端部をシールした三方袋であり、内側応力抑制部５２ａを、内側応力抑制部５２ａと別体の外側応力抑制部５２ｂに収納している。内側応力抑制部５２ａ及び外側応力抑制部５２ｂは、それぞれ一辺に開口を有している。なお、応力抑制部５２ａ，５２ｂの形状は、筒状でもよい。

応力抑制部５２は、例えばポリビニルアルコール樹脂フィルム、未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂のほか、不織布を採用できる。

不織布は、滑り性を良くするために表面を熱溶着させて繊維の凹凸を少なくすることが好ましい。応力抑制部５２を高密度ポリエチレン、外被材５３の最内層を低密度ポリエチレンにすると好ましい。
［外被材５３］
外被材５３はラミネートフィルムを熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。外被材５３は、表面保護層、第一ガスバリヤ層、第二ガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなる。表面保護層及び熱溶着層は低吸湿性の樹脂フィルムとし、ガスバリヤ層は樹脂フィルムに金属蒸着層を設けたものである。第一ガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一ガスバリヤ層と第二ガスバリヤ層は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。

具体的には、表面保護層は、二軸延伸タイプのポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の各フィルム、第一ガスバリヤ層は、アルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、第二ガスバリヤ層は、アルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム、アルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルム、アルミ箔、熱溶着層は、未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の各フィルムを採用できる。なお、第一又は第二ガスバリヤ層は、金属箔、或いは樹脂系のフィルムに無機層状化合物、ポリアクリル酸等の樹脂系ガスバリヤコート材、ＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン)等によるガスバリヤ膜を設けたものとしてもよい。また、熱溶着層は、酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルム等を用いても良い。

表面保護層及び熱溶着層を低吸湿性にすることで、真空断熱材５０を製造する際の真空排気工程において、外被材５３が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率を向上させて、断熱性能の高性能化が可能になる。尚、各フィルムのラミネート(貼り合せ)は、二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせるのが一般的であるが、接着剤の種類や貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではなく、ウェットラミネート法、サーマルラミネート法等の他の方法によるものでも何ら構わない。
［真空引き工程］
上述した乾燥工程後の繊維シートを複数枚積層して芯材５１とする。二重にした応力抑制部５２の開口から芯材５１を収納して、応力抑制部５２とともに圧縮する。その後、熱溶着で応力抑制部５２の開口をシールすることで、芯材５１と応力抑制部５２で構成されるコア材を得ることができる。コア材は、圧縮により薄厚になっている。次に、コア材を外被材５３に挿入する。薄厚のコア材は、外被材５３に容易に挿入することができる。また、外被材５３の寸法をコア材に近い寸法にできるため、製造した真空断熱材５０のヒートブリッジを低減することができる。

外被材５３に挿入したコア材の外周、例えば応力抑制部５２を破る等して開口を設け、真空包装することで真空断熱材５０を得ることができる。

＜曲げ加工＞
次に、配置される空間の形状に応じて真空断熱材５０を曲げる曲げ加工について説明する。図４は、曲げ加工によって曲がり部６０を設けられた真空断熱材５０の断面図である。

曲げ加工は、不図示の治具で真空断熱材５０を固定し、これを折り曲げて曲がり部６０を設けて行えるが、溝や凹凸形状を予め芯材５１に設けておくと、より容易に真空断熱材５０を曲げることができる。

真空断熱材５０は、芯材５１と外被材５３の間に応力抑制部５２ａ，５２ｂが位置している。曲がり部６０の内周側（曲率の大きい側）に応力抑制部５２ａ，５２ｂが位置するように曲げ加工を行う。すると、応力抑制部５２ａと応力抑制部５２ｂの接触面同士、外被材５３の最内層と応力抑制部５２の接触面同士が滑ることにより、芯材５１にかかる応力集中を抑制でき、曲げ部６０の繊維が折れることを抑制できる。

芯材５１は、繊維シートを厚み方向に複数枚積層したものである。このため、芯材５１が曲げられて、応力が大きくなりやすい内周側の繊維に破断が生じても、この破断が厚み方向に伝達することを、芯材５１が厚み方向に一枚等の少数枚で構成されている場合に比して、抑制できる。

なお、曲がり部６０の曲がり角度は特に制限されない。また、屈曲に限らず、湾曲、波形状等としてもよい。

応力抑制部５２を厚くすると、曲がり部６０の成形時に生じる芯材への応力を少なくすることができる一方、応力抑制部５２、外被材５３が厚くなるほど加工が困難になり、作業牲が低下するため、両者のバランスを考慮する必要がある。応力抑制部５２の厚さは１０μｍ〜１００μｍにできるが、好ましくは、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０μｍのうち、一つを下限値に、他の一つを上限値にする。これにより得られた真空断熱材を冷蔵庫の断熱部に貼り付け、より寸法精度の高い真空断熱材を用いることで断熱性能の良い機器を提供することができる。

＜リサイクル＞
上述のように製造した真空断熱材５０は、使用後のリサイクル時にも有効な構成となっている。真空断熱材５０の主成分は、芯材５１のガラス繊維である。しかし、真空断熱材５０を取り付ける機器の多くは、鉄などの金属を主成分としているため、機器のリサイクル時には、これらを分別しなくてはならない。しかし、真空断熱材５０の最外周面である外被材５３は、機器の一例である冷蔵庫１の外箱２１の鉄板面に、例えば接着剤で貼り付けられている。

本実施形態の真空断熱材５０は、芯材５１を応力抑制部５２で収納している。このため、冷蔵庫１の解体時に真空断熱材５０の外被材５３を破り応力抑制部５２を引き抜くことで、容易に芯材５１を取り出すことができる。

また、応力抑制部５２は、芯材５１を収納するため、芯材５１より寸法が大きい。このため、応力抑制部５２のうち、収納時に余った部分を折り曲げて固定した耳を作成しておくと、さらに取り出しやすくなる。なお、外被材５３を折り曲げて耳（例えば、図４参照）を作成する際、応力抑制部５２の耳を巻き込まずに独立させておくと、応力抑制部５２をさらに容易に取り出すことができる。

さらに、応力抑制部５２が袋状であるため、樹脂を主成分とする応力抑制部５２とガラス等を主成分とする芯材５１の分離が容易にできる。また、袋状の応力抑制部５２が芯材５１の側方への移動を抑制するので、薄厚の芯材５１の位置ずれを抑制できる。なお、芯材５１は、例えば１０層以上の繊維シートを積層して作成できる。

なお、外被材５３の耳が位置する面と反対側に、応力抑制部５２ａ，５２ｂの一面が位置するようにしてある。これにより、曲がり部６０の内周側にすべき面の判別が容易になる。この場合、外被材５３の耳は曲がり部６０の外周側に位置するため、真空断熱材５０の内周側を機器に取付けることが容易になる。

＜＜第二実施形態＞＞
第二実施形態の構成は、以下の点を除いて第一実施形態と同様にできる。
図５は本実施形態の真空断熱材５０の断面図である。本実施形態では、袋状の応力抑制部５２を二重構造にする代わりに、応力抑制部５２と芯材５１との間に、シート状の応力抑制部５４を配置している。応力抑制部５４は、ポリビニルアルコール樹脂フィルム、未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂成分のほか、不織布を採用できる。また、応力抑制シート５４は、芯材５１の圧縮後に封止すべき開口を設ける必要がないため、アクリル系、ポリアミド系、フッ素系、ビニル系のフィルムを用いることもできる。

応力抑制部５４を応力抑制部５２と同じ材質にする場合には、応力抑制部５２と応力抑制部５４を固定することが好ましい。これは、真空包装時に芯材５１から真空ポンプに空気が排気されるときに応力抑制部５２と応力抑制部５４がずれてしまい、応力抑制部５４が曲がり部６０からずれるおそれを抑制するためである。また、このようにすると、応力抑制部５２に応力抑制部５４が固定されるため、リサイクル性も向上する。固定法としては、接着剤やテープ、熱溶着等があるが、もっともガスの発生を抑えられるため、熱溶着方式が好ましい。

応力抑制部５４は、曲がり部６０の内周側（鋭角面側）に位置している。これにより、曲がり部６０を形成する際に生じる鋭角部の応力が芯材の一部に集中することを抑制できる。

なお、応力抑制部５４は、外被材５３の耳が位置する面と反対側に位置するようにしてある。これにより、応力抑制部５４がどの面に設けられているかの判別が容易になる。この場合、外被材５３の耳は曲がり部６０の外周側に位置するため、真空断熱材５０の内周側を機器に取付けることが容易になる。

＜真空断熱材の扉への適用＞
次に、真空断熱材５０を備える機器の一例である冷蔵庫１について、扉の一例である冷蔵室扉６への真空断熱材５０の適用例を説明する。
図６は冷蔵室扉６ａの分解斜視図、図７は冷蔵室扉６ａの縦断面図である。冷蔵室扉６ａは、表面に設けられたガラス製の外板６ａ１と、裏面に設けられた内板６ａ２と、外板６ａ１の裏側に配置された真空断熱材５０と、発泡断熱材２３と、を備えている。真空断熱材５０は、外板６ａ１の裏面に略接触している又は接着等により外板６ａ１に対する相対移動が抑制されていると、発泡断熱材の充填時の位置ずれを抑制できるため好ましい。

外板６ａ１の外側に貼着された両面テープ７０は、外板６ａ１を冷蔵室扉６ａの扉枠８０に固定している。扉枠は、冷蔵室扉６ａの外周部位を形成する樹脂製の枠体である。扉枠８０は、外板６ａ１の右辺部が挿入されて支持される係合溝８１ａを有する右側の枠部材８１と、同様に外板６ａ１の左辺部、上辺部、下辺部が貼り付けられる両面テープ７０が貼着された上側、下側及び左側の枠部材を四角形に連結して形成されている。両面テープ７０は、表面及び裏面の両面が貼着可能な細長い帯状の粘着テープである。

真空断熱材５０は冷蔵室扉６ａに内設されており、外板６ａ１の裏面に載置された平板状の部材から成る。真空断熱材５０の長さＬ１（横幅）は、縦断面視して、両面テープ７０を貼付するテープ貼付部８２ａと係合溝８１ａ間との距離Ｌ５よりも、長さＬ３だけ短く形成されている。このため、真空断熱材５０は、テープ貼付部８２ａと係合溝２１ａとの間に間隔Ｌ３を介して、枠部材８１，８２から中央側に離間されて配置されている。

また、真空断熱材５０は、外板６ａ１側の端部９０ｂの表面側に段差部９０ａが切欠形成されて、段差部９０ａと外板６ａ１との間に隙間Ｓが形成されている。このため、真空断熱材５０は、外板６ａ１側（表側）の長さＬ２が、内板６ａ２側の長さＬ１よりも小さく形成されている。その結果、発泡断熱材２３を充填した際に、発泡断熱材２３が隙間Ｓに入り込んで外板６ａ１に触れるので、段差部９０ａ及び隙間Ｓがあることによって、発泡断熱材２３と外板６ａ１とが密着して接着される面積が拡大されている。

発泡断熱材２３は、中央部に真空断熱材５０を載置した外板６ａ１と、外板６ａ１の外周に取り付けられた扉枠８０とで形成された空間に、真空断熱材５０を介在させて充填されることによって、空間の内壁面に接着される。このため、発泡断熱材２３は、真空断熱材５０を覆った状態で外板６ａ１の裏面に接着されている。

内板６ａ２は、冷蔵室扉６ａの貯蔵室側に設けられた樹脂製の板部材である。内板６ａ２は、扉枠２０の裏面側の周縁部に固定されている。内板６ａ２の裏面側の外周部には、冷蔵室扉６ａを冷蔵庫本体と密着させて貯蔵室の気密性を確保するためのシール部材（図示省略）が設けられている。

冷蔵室扉６ａの作用を組立順に沿って説明する。回動式の冷蔵室扉６ａを組み立てる場合は、まず、図６に示すように、４つの枠部材のうち３つそれぞれに両面テープ７０を貼り付ける。次に、外板６ａ１の右端部を枠部材８１の係合溝８１ａに挿入し、外板６ａ１の上、下、及び左端部を３つの枠部材の両面テープ７０に、それぞれ貼り付ける。

続いて、図７に示すように、外板６ａ１を下側に配置して、その外板６ａ１の裏面中央部に真空断熱材５０を載置して、空間内に発泡断熱材２３の材料を充填する。次に、扉枠８０の裏面側周縁部に内板６ａ２を設けて、空間を閉塞する。このようにして冷蔵室扉６ａは、組み立てられる。

このようにして組み立てられた冷蔵室扉６ａ内の真空断熱材５０は、外板６ａ１に当接している外板６ａ１側（表面側）の長さＬ２が、内板６ａ２側（裏面側）の長さＬ１よりも小さく形成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。真空断熱材５０の外板６ａ１側の表面の端部には、段差部９０ａが形成されているので、隙間Ｓが形成されている。このため、発泡断熱材２３は、外板６ａ１の裏面に密着して接着される面積をその段差部９０ａ（隙間Ｓ）がある分だけ広げることができるので、発泡断熱材２３による外板６ａ１への接着力を増加させることができる。

このようにすると、接着剤としての機能がある発泡断熱材２３は、真空断熱材５０を覆った状態で外板６ａ１に広範囲に亘って接着されるので、特別な固定具及び接着剤を使用せずに又は使用量を抑制して、真空断熱材５０を外板６ａ１にしっかりと固定することができる。その結果、外板６ａ１は、扉枠８０から離脱すること無くしっかりと固定される。

同様にして回動式の冷蔵室扉６ｂを形成できる。このように形成された回動式の冷蔵室扉６ａ，６ｂは、内部の空間の発泡断熱材２３の材料を充填し、さらに、発泡断熱材２３と外板６ａ１との間に真空断熱材５０が介在されているので、断熱効果を向上させて省エネルギー化を図ることができる。

１ 冷蔵庫 ２ 冷蔵室 ３ａ 製氷室
３ｂ 上段冷凍室 ４ 下段冷凍室 ５ 野菜室
６ａ 冷蔵室扉 ６ｂ 冷蔵室扉 ７ａ 製氷室扉
７ｂ 上段冷凍室扉 ８ 下段冷凍室扉 ９ 野菜室扉
１０ 扉用ヒンジ １１ パッキン
１２，１４ 断熱仕切り １３ 仕切り部材
２０ 箱体 ２１ 外箱 ２１ａ 天板
２１ｂ 後板 ２１ｄ 底板 ２１ｅ 側面
２１ｆ 前面 ２２ 内箱 ２３ 断熱材
２３ａ 注入方向 ２３ｂ 発泡方向 ２５ 注入孔
２７ 送風機 ２８ 冷却器 ３０ 圧縮機
３１ 凝縮機 ３３ 発泡ポリスチレン ４０ 凹部
４１ 電気部品 ４２ カバー
５０ 真空断熱材 ５１ 芯材 ５２ 袋状の応力抑制部
５２ａ 内側応力抑制部 ５２ｂ 外側応力抑制部
５３ 外被材
５４ シート状の応力抑制部
６０ 曲がり部

Claims (5)

1. 芯材と、該芯材を収納する外被材と、曲がり部と、を有する真空断熱材であって、
   前記芯材は、繊維水溶液から繊維を取り出してから乾燥させる工程を経て得た繊維シートを複数枚積層して有し、
   前記芯材を収納する袋状の応力抑制部を設け、
   前記曲がり部について曲率が大きい面の側に、別の応力抑制部を有することを特徴とする真空断熱材。
2. 前記別の応力抑制部は、シート状の応力抑制部であり、
   該シート状の応力抑制部を設けた側の面とは反対側の面に向けて、前記外被材を折り曲げた耳部を有することを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記袋状の応力抑制部と前記シート状の応力抑制部とを接着したことを特徴とする請求項２に記載の真空断熱材。
4. 前記袋状の応力抑制部の耳と前記外被材の耳とが独立していることを特徴とする請求項３に記載の真空断熱材。
5. 請求項１乃至４何れか一項に記載の真空断熱材を有する扉を備える機器であって、
   前記扉は、
   前記真空断熱材が略接触し、かつ前記真空断熱材の一面側に設けられた外板と、
   前記真空断熱材の他面側に設けられた内板と、
   発泡断熱材と、を有し、
   前記真空断熱材は、
   前記外板側の長さを前記内板側の長さより短くして形成した段差部を一面側に有し、
   前記発泡断熱材は、
   前記真空断熱材の他面側及び前記段差部に位置することを特徴とする機器。

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